振動攪拌水泥穩定碎石在白明高速公路的應用

李超

【摘 要】針對時下水泥穩定碎石基層易產生裂縫的普遍問題，京新國家高速白明路面五標項目部采用振動攪拌技術對其進行改善。結果表明：振動攪拌技術一方面使粗骨料表面被細集料及水泥水化產物緊密包裹，致使其產生一定的粘聚性，從而在后續的運輸、攤鋪過程中混合料的離析程度顯著減小；另一方面使水泥與水達到充分彌散狀態，即使在大幅度減少水泥用量的情況下，水泥穩定碎石基層的強度卻能大幅度的得到提高，在大幅度減少半剛性基層裂紋的同時，保證了它的強度和耐久性等基層結構的使用性能。

【關鍵詞】裂縫；水泥穩定碎石；振動攪拌技術；路面；公路

1 研究與應用背景

我國半剛性基層耐久性差和裂縫問題已經存在了多年，其中一個主要原因是攪拌的水泥穩定碎石材料不均勻[1]。這種不均勻性不僅是指經常出現的粗骨料表面干燥露白現象，這是明顯的宏觀不均勻，而且還指部分水與水泥等粉料拌和不均勻而出現結團的現象以及水泥等粉料和細料不能充分的均勻彌散、包裹粗骨料的細觀和微觀的不均勻。沒有使新拌水泥穩定碎石的固、液、氣三相形成完全均勻的微觀結構，水泥穩定碎石在結構上存在著易發生裂縫與耐久性差的缺陷。通過把普通攪拌且在宏觀上呈均勻狀態的水泥穩定碎石中的水泥團放在顯微鏡下觀察，會發現有10%～30%的水泥顆粒聚在一起形成微小的水泥團，沒有完全彌散開來，如圖1（a）所示。水泥團的存在一是浪費了水泥，二是聚團的水泥處由于水泥分散不均勻穩定土的強度與耐久性反而會受到影響。因此，必須通過某種方式將水泥穩定碎石中聚集、結團的水泥顆粒分散開，使其盡可能接近圖1（b）所示的微觀均勻的分布狀態[2]。

因此，2015年8月1號實施的“公路路面基層施工技術細則”（JTG/TF20-2015）對攪拌均勻性提出了嚴格要求[3-5]。

2 振動攪拌技術簡介

振動攪拌技術是指水泥穩定碎石在受到強制攪拌產生對流移動與剪切的同時，還受到高頻低幅的振動作用，使得混合料處于高頻的振動狀態，粉料與水的擴散運動加快，水泥與水的水化反應速率加快進行，粗骨料與細集料及水泥的水化產物頻繁碰撞，既對骨料表面起到凈化的作用，還使粗骨料被細集料及水泥的水化產物充分包裹，不僅提高了水泥穩定碎石混合料的宏觀均勻性，而且使水泥穩定碎石混合料的微觀均勻性得到極大改善。

通過振動攪拌作用使粗骨料表面被細集料及水泥水化產物緊密包裹，致使其產生一定的粘聚性，從而在后續的運輸、攤鋪過程中混合料的離析程度顯著減小，并使振動壓實時的和易性能明顯提高。此外，由于振動攪拌作用，水泥與水達到充分彌散狀態，即使在大幅度減少水泥用量的情況下，水泥穩定碎石基層的強度卻能大幅度的得到提高，在大幅度減少半剛性基層裂紋的同時，保證了它的強度和耐久性等基層結構的使用性能。但振動攪拌是近幾年才出現的一種新的拌和技術，在水泥穩定碎石基層方面的研究和應用很少，在甘肅省的適用性、施工工藝以及其水穩碎石的力學和路用性能都有待進一步研究。本文通過試驗分析，比較普通試驗條件下的水泥穩定碎石與振動條件的力學性能、路用性能的差異，為該技術與設備大面積的在甘肅應用積累實踐經驗與依據。

3 振動攪拌技術的應用

甘肅路橋建設集團養護科技有限責任公司在京新國家高速白明路面五標寬幅超厚水泥穩定碎石底基層試驗段的攤鋪中，采用600t/h的雙拌缸水泥穩定碎石攪拌設備1套、600t/h的單拌缸水泥穩定碎石振動攪拌設備1套來拌和水穩混合料，見圖2。

根據《公路路面基層施工技術規范》（JTG/TF20-2015）、《公路工程無機結合料穩定材料試驗規范》（JTG E51-2009）、《公路工程集料試驗規程》（JTGE42-2005）、《京新國家高速白明公路建設項目設計圖紙》等規范和要求，水泥穩定碎石7天無側限抗壓強度設計值為3.5MPa。根據設計強度，確定該水泥穩定材料室內配合比設計水泥劑量為3.3%，按廠拌法應比室內配合比確定的水泥劑量增加0.5%，施工中應按3.8%水泥劑量控制。采用振動成型確定水泥劑量為3.8%時最大干密度為2.451g/cm3，最佳含水量為5.0%。水泥劑量為3.8%時EDTA消耗量為10.7mL。水泥穩定碎石的級配為，0-2.36mm石屑：2.36-4.75 mm：4.75-9.5mm：9.5-19mm ：19-31.5mm=30： 5： 10： 35： 20。采用雙拌缸拌和水泥穩定碎石時的施工工藝為：12噸雙鋼輪前靜后振一遍，36噸單鋼輪振動兩遍，36噸膠輪跟進霧化補水，22噸單鋼輪前振后靜一遍，36噸膠輪跟進霧化補水。采用振動型拌缸拌和水泥穩定材料時的施工工藝：振動12噸雙鋼輪前靜后振一邊，32噸單鋼輪振動兩邊，30噸膠輪跟進霧化補水，26噸單鋼輪前振后靜一遍，30噸膠輪跟進霧化補水。

現場施工監測發現，振動攪拌的水泥穩定材料密實性好，未出現離析現象，見圖3。經過試驗檢測，7天無側限抗壓強度代表值為4.6MPa，在使用同一水泥劑量的情況下，比普通雙拌缸攪拌混合料強度提高0.9—1.1MPa。這是甘肅省內首次改造使用振動攪拌設備的路面施工項目，通過振動攪拌結合寬幅大厚度攤鋪施工，探索防治基層裂縫這一病害的有效方法，對甘肅高速公路，甚至西北地區公路施工行業病害預防具有指導性意義。

4 研究結論

（1）我國半剛性基層耐久性差和裂縫問題已經存在了多年，其中一個主要原因是攪拌的水泥穩定碎石材料不均勻。這種不均勻性不僅是指經常出現的粗骨料表面干燥露白現象，而且還指部分水與水泥等粉料拌和不均勻而出現結團的現象以及水泥等粉料和細料不能充分的均勻彌散、包裹粗骨料的現象。沒有使新拌水泥穩定碎石的固、液、氣三相形成完全均勻的微觀結構，水泥穩定碎石在結構上存在著易發生裂縫與耐久性差的缺陷。

（2）振動攪拌水泥穩定碎石的主要特點是，通過振動攪拌作用使水泥與水充分彌散，保證水泥穩定碎石強度不下降的同時，可以減少水泥用量，減少半剛性基層裂紋。

（3）白明路面五標寬幅超厚水泥穩定碎石底基層試驗段的監測發現，振動攪拌的水泥穩定材料密實性好，未出現離析現象，7天無側限抗壓強度代表值為4.1MPa，在使用同一水泥劑量的情況下，比普通雙拌缸攪拌混合料強度提高0.2—0.5 MPa。

【參考文獻】

[1]羨蓓蓓.水泥穩定碎石基層施工質量變異性研究[D].西安：長安大學公路學院，2006.

[2]趙利軍.攪拌低效區及其消除方法的研究[D].西安：長安大學，2005.

[3]中華人民共和國交通運輸部，JTG/TF20-2015.公路路面基層施工技術細則[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4]王旭東，張蕾，曾峰，肖倩，編著.《公路路面基層施工技術細則》實施手冊[M].北京：人民交通出版社，2015.

[5]中華人民共和國交通部，JTJ034-2000.公路路面基層施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2000.

[責任編輯：張濤]